2.2.1空气流动基本规律
2、连续性定理
• 当流体连续不断而稳定地流过一个粗细不等的变截 面管道时，在管道粗的地方流速比较慢，在管道细 的地方流速比较快。这是由于管道中任一部分的流 体不能中断也不能堆积，因此在同一时间，流进任 一截面的流体质量和从另一截面的流出的流体质量 应该相等。这就是质量守恒定律。
2.1.2 大气的物理特性与标准大气
2、标准大气 • 前面所述的大气物理性质是随着所在地理位置、 季节和高度而变化的，这样就使得航空器上产生 的空气动力也发生变化，从而使飞行性能发生变 化。为了在进行航空器设计、试验和分析时所用 大气物理参数不因地而异，必须建立一个统一的 标准，即所谓的标准大气。 • 国际标准大气的规定：（1）大气被看成完全气体， 即服从状态方程。（2）以海平面的高度为零。在 海平面上，大气的标准状态为：气温t=15℃；压 强p=1 atm；密度ρ=1.2250kg/m3；声速 c=314m/s。具体的数据可以查《国际标准大气简 表》。
线与翼弦的交点叫压力中心。
3、作用在飞机上的空气动力
机翼表面的压力分布
• 机翼表面上各个点的压力大小，可以用箭头长短来表示如图。箭头方向朝外，表示比
大气压力低的吸力或叫负压力；箭头指向机翼表面，表示比大气压力高的正压力，简
称压力。
把各个箭头的外端 用平滑的曲线连接
起来，这就是用向
量表的机翼压力 分布图。图上吸力
2、翼形几何外型的参数
翼型：用平行于对称平面的切平面切割机翼所得的剖面，称为翼剖面，简称翼型。 中弧线：翼型厚度中点的连线 弯度分布：有厚度的非对称翼，构造非对称翼型的“骨架”，称为中弧线的弯板，
它的高度yf的分布（即中弧线方程）称为弯度分布。 相对厚度：翼型最大厚度（ Tmax ）与翼型弦长（c）的比值Tmax /c
D b
1、翼形平面几何参数
e c’0 e
Λ0
c0
c1
翼型：用平行于对称平面的切平面 切割机翼所得的剖面，称为 D b 翼剖面，简称翼型。
2、翼形几何外型的参数
翼型：用平行于对称平面的切平面切割机翼所得的剖面，称为翼剖面，简称翼型。 几何弦长c：连接翼型的前缘点(x=0)和后缘点(x=c)的直线长度。 翼型厚度(t)：指上下翼面在垂直于翼弦方向的距离，其中最大者称为最大厚度Tmax 厚度分布(yt)：在弦向任一位置x处，翼型的厚度t=yu-yl=2yu，用yt=t/2表示翼型厚度分布 前缘半径(rl)： 翼型前缘为一圆弧，该圆弧半径称为前缘半径 后缘角(τ)：翼型后缘上下两弧线切线的夹角称为后缘角 弦线、弦长(c)：连接前缘与后缘的直线称为弦线；其长度称为弦长。 弦长是很重要的数据，翼型上的所有尺寸数据都是弦长的相对值。 y rl O yl yu c τ x
相对弯度（f）：翼型最大弯度（ fmax ）与翼型弦长（c）的比值，f= fmax/c
y
yf x yl
O
c
3、作用在飞机上的空气动力
空气动力：空气流过物体或物体在空气中运动时，空气对物
体的作用力。飞机上的空气动力R包括升力Y和阻力Q两部分。
（1）升力
空气流过机翼的流线谱如图， 这样机翼上、下表面产生压力 差。垂直于相对气流方向的压 力差的总和，就是升力。 机 翼升力的着眼点，即升力作用
2.2 航空器飞行原理
掌握空气流动规律是理解航空器飞行原理的关键 2.2.1空气流动基本规律—1、相对运动原理
重于空气的飞机，是靠 飞机与空气作相对运动 时所产生的空气动力， 克服自身的重力而升空 的。没有飞行速度，在 飞机上就不会产生空气 动力。空气动力的产生 是空气和飞机之间有了 相对运动的结果。
用“-”表示，压力用
“+”表示。
3、作用在飞机上的空气动力
机翼的迎角
• 相对气流与机翼之间的相对位置，用迎角表示如图。迎角α ：翼弦与相对气流方向所夹 的角叫迎角。相对气流方向指向机翼上表面，为负迎角；相对气流方向与翼弦重合，迎 角为零。飞行中，飞行员可通过前后移动驾驶盘来改变迎角的大小或者正负。正常飞行 中经常使用的是正迎角。
截面积成反比。但在高速流动时恰好相反。
dA dv 2 Ma 1 A v
在超音速流动中，流动的截面积增大，流动速度也变大。


流速与截面积的关系
拉瓦尔喷管
高速流动的流量方程
典型收敛-扩张喷管，也叫拉瓦尔喷管， 绿色代表亚音速，黄色正好为音速，红 色为超音速
2.2.2飞机飞行原理
• 从空气动力角度看，飞机的几何外型由机翼 、机 身和尾翼（分水平尾翼和垂直尾翼）等主要部件 的外型共同构成。 • 机翼是产生升力和阻力的主要部件。作用于机翼 上的空气动力情况与飞机的性能密切相关，而机 翼的空气动力特性受到机翼外型的影响。机翼的 几何外型可以分为机翼平面几何形状和翼剖面几 何形状。
2.2.1空气流动基本规律
• 单位时间内流过截面的流体质量，即质量流量qm: • qm=ρvA ρ 流体密度，kg/m3； v 流体流速，m/s ； A 所取截面面积，m2； • 单位时间内通过截面A-A和B-B的流体的质量流量 应相等 qm1=qm2=常数 ρ1v1A1＝ρ2v2A2＝常数 这就是质量方程或连续方程。
2.1 飞行器飞行环境
飞行环境对飞行器的结构、材料、机载设备和飞行性能都有 着非常重要的影响。只有了解和掌握了飞行环境的变化规律， 并设法克服或减少飞行环境对飞行器的影响，才能保证飞行 器飞行的准确性和可靠性。这里所指的飞行环境包括地球表 面的大气层和地球大气层以外的宇宙空间。
大气结构图
2.1.1 大气层
1、翼形几何外型的参数
1、翼形几何外型的参数
1、翼形几何外型的参数
1、翼形平面几何参数
翼展长b：表征机翼邹游翼稍之间最大的横向距离。
外露根弦长c0和翼稍弦长c1
前缘后掠角Λ0：机翼前缘线同垂直于翼根 对称面的直线之间的夹角。 毛翼根弦长c’0：沿前缘与后缘线作延长线与 机身中心线相交时所得长度。 Λ0 c’0 几何平均弦长cG ：cG=(c0+c1)/2
2.1.1 大气层
2、平流层 • 平流层位于对流层的上面，其顶界约为50km。在 平流层大气主要是水平方向的流动，没有上下对 流。随着高度的增加，起初气温基本保持不变(约 为216 K)；到20～32km以上，气温升高较快， 到了平流层顶界，气温升至270～290 K。平流层 的这种气温分布特征同它受地面影响较小和存在 大量臭氧有关。平流层的主要特点是空气沿铅垂 方向的运动较弱，因而气流比较平稳，能见度较 好。 • 飞行器的飞行的理想环境是对流层和平流层。
2.1.1 大气层
3、中间层
• 中间层为离地球表面50～85km的一层。在这一层内，气温随高度升 高而下降，且空气有相当强烈的铅垂方向的运动。当高度升到80 km 左右时气温降到160～190 K。该层内空气非常稀薄，质量仅占整个大 气质量的1/3000。
4、电离层
• 从中间层顶界到离地平面800km之间的一层称为电离层也叫热层。在 此层内，空气密度极小，由于空气直接受到太阳短波辐射，所以温度 随着高度增加而上升。同时空气处于高度电离状态，因此带有很强的 导电性，能吸收、发射和折射无线电波。这对远距离无线电通信起着 很大的作用。
第2章 飞行器飞行原理
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
飞行环境 航空器飞行基本原理 火箭与导弹飞行原理 高速飞机的特点 航天器飞行基本原理
第2章 飞行器飞行原理
飞行器为什么能够在天上自由地飞行而不会掉下来呢？通 过学习飞行器飞行的基本原理可以解答这个问题。 从力学的观点，阻碍飞行器飞行的力有两种： 一是地球的引力---试图将飞行器拉回地面 二是空气的阻力---试图阻碍飞行器向前运动 克服阻碍的方法不同： 航空器---借助空气产生的升力来克服地球的引力，依靠发 动机推力克服空气的阻力； 航天器---依靠惯性离心力克服地球的引力，依靠反作用力 克服空气阻力。
1、对流层
• 大气中最低的一层为对流层，其气温随高度增加而逐渐降低。对流层 的上界随地球纬度、季节的不同而变化。就纬度而言，对流层上界在 赤道地区平均为16—18 km；在中纬度地区平均为9～12km；在南北极 地区平均为7～8km。
对流层的特点
• （1）气温随高度升高而降低 • 在对流层内，平均每升高100m气温下降0.65℃，所以又叫变温层。 该层的气温主要靠地面辐射太阳的热能而加热，所以地面的温度高。 • （2）有云、雨、雾、雪等天气现象 • 地球上的水受太阳照射而蒸发，使大气中聚集大量的各种形态的水 蒸汽。同时由于气温的变化就会有云、雨、雾、雪等天气现象的产生。 • （3） 空气上下对流激烈 • 由于地面的地形和地貌的不同，因此造成垂直方向和水平方向的风， 即空气发生大量的对流。
4、低速和高速管道流动的特点
气流特性是指空气在流动中各点的速度、压力和密度等参数的变化规律。而稳定气 流是指空气在流动时，空间各点上的参数不随时间而变化。反之就是不稳定气流。
在稳 定气 流中， 空气 微团 流动 的路 线叫 做流 线
由流 线所 组成 的管 道叫 做流 管
高速流动的流量方程
不可压缩流动的流体在低速流动时，体积流量守恒，流速与
5、散逸层
•
热层顶界以上为散逸层，它是地球大气的最外层。在此层内，空气极 其稀薄，又远离地面，受地球引力很小，因而大气分子不断地向星际 空间逃逸。这层内的大气质量只是整个大气质量的10-11。大气外层的 顶界约为2000～3000km的高度。
2.1.2 大气的物理特性与标准大气
1、大气的物理特性 (1)连续性 • 在研究飞行器和大气之间的相对运动时，气体 分子之间的距离完全可以忽略不计，即把气体看 成是连续的介质。但飞行器所处的飞行环境为高 空大气层和外层空间，空气分子间的平均自由行 程很大，气体分子的自由行程大约与飞行器的外 形尺寸在同一数量级甚至更大，在此情况下，大 气就不能看成是连续介质了。 (2)压强 • 大气的压强是指物体的单位面积上所承受的大 气的法向作用力的大小。